AMATÉRSKÁ METEOSTANICE
Vlastimil Vágner
Tento přípravek s ARDUINO UNO nahrazuje původní zapojení s PICAXE 08M2 kdy jsem ponechal stávající senzor pro měření rychlosti větru a upravený senzor směru větru pro použití s CD4021. Přípravek je osazen do původní elektro přístrojové krabice a byl přidán senzor DHT22 (AM2302) na měření teploty a vlhkosti vzduchu osazený v krytu společně na držáku se stávajícími senzory. Popis umístění senzorů ani umístění kabelů není součástí popisu a je čistě individuální věc, zobrazení hodnot je na počítači PC pomocí převodníku USB/COM s CH340, kdy je délka kabelu mezi jednotkou a počítačem zhruba 10m, nebo je možné použít BLUETOOTH pro bezdrátový přenos. Přípravek je napájen zdrojem 230VAC/12VDC na kterém je možné nastavovat výstupní napětí v tomto případě je nastaveno výstupní napětí na hodnotu 9VDC, kabely k senzorům musí být použity stíněné. Přípravek rozšiřuje popis zapojení s podobnými články uveřejněné v [1].
POPIS PŘÍPRAVKU
Schéma zapojení jsou dvě na Obr.č.01A, Obr.č.02A a na Obr.č.01B a Obr.č.02B rozdíl v zapojeních je v tom zapojení dle Obr.č.01A a Obr.č.02A má na vstupech CD4021 použity optočleny oddělující vstupy ze senzoru směru větru od vstupů CD4021 uvedené zapojení CD4021 je provedeno na univerzální vrtané destičce. Vstupy senzoru směru větru jsou napájeny stejným napětím jako ARDUINO UNO 9VDC použité rezistory u vstupů optočlenů mají hodnoty pro napájení 9V – 7V , v zapojení podle Obr.č.01B a Obr.č.02B jsou vstupy CD4021 připojeny přímo na vstupy senzoru směru větru a jsou napájeny napětím z ARDUINO UNO +5VDC. Senzor rychlosti větru je v obou zapojeních připojen na napětí +5VDC a výstup ze senzoru rychlosti větru je připojen na vstup ARDUINO UNO PIN2 současně je na vstup PIN 2 připojen rezistor 27K s keramickým kondenzátorem 33NF – 100NF v případě nepřesného měření odzkoušíme více hodnot kondenzátoru, rezistor a kondenzátor musí být připojeny k PINU2. Na Obr.č.03 je schéma zapojení převodníku pro BLUETOOTH aby bylo možno jej připojit ke vstupům PIN10 a PIN11 ARDUINO UNO, PIN10 je nakonfigurován na vstup RXD pro příjem dat z BLUETOOTH, PIN11 je nakonfigurován na výstup TXD pro odesílání dat do BLUETOOTH. Senzor teploty a vlhkosti vzduchu DHT22 (AM2302) je napájený +5V ze zdroje ARDUINA UNO výstup senzoru je připojený na PIN4 ARDUINO UNO, mezi výstupem senzoru DHT22 a kladným napájecím napětím MUSÍ BÝT VŽDY PŘIMO U SENZORU osazen rezistor 10K a při větší vzdálenosti rezistor 5K1 nutno vždy odzkoušet. Výstup LATCH (strobe) z CD4021 je připojený na PIN5, výstup clock (clk) z CD4021 je připojený na PIN6, výstup data z CD4021 je připojený na PIN7 ARDUINA. Na Obr.č.04 je kopie obrazovky programu pro výpočet rychlosti větru ze zadané hodnoty frekvence.
SENZOR SMĚRU VĚTRU
Mnou použitý senzor byl již v minulosti použitý a vykazoval známky opotřebení DPS elektroniky přerušené vodivé cesty a některé rezistory byli nenávratně nepoužitelné, tak že pro první použití v přípravku na měření směru větru s PICAXE 08M2 padla volba na vyřazení rezistorů a přímé propojení všech osmi jazýčkových kontaktů na jedné straně a připojených na kladné napětí a druhá strana jazýčkových kontaktů pak pomocí stíněného kabelu na vstupy použitého IO CD4021 po úpravě je DPS ošetřen ochranným lakem. Při použití plně funkčního ukazatele směru větru například WH-SP-WD kdy se hodnota vyhodnocuje z napětí na rezistorech je nutné si napsat jiný program pro směr větru, nebo jej také upravit tak aby se dal použít vedený IO CD4021 popsaný v tomto článku s řídící jednotkou ARDUINOUNO nebo ARDUINO NANO toto je také čistě individuální věc.
Seznam součástek snímače směru větru s CD4021 a optočleny :
Rezistory : R1, R2, R3,R4, R5, R6, R7, R8………20K,
R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16…….2K7,
Optočleny : OP1,OP2, OP3, OP4, OP5, OP6, OP7, OP8…..PC817,
Integrovaný obvod : CD4021.
MĚŘENÍ RYCHLOSTI
VĚTRU
Uvedený senzor je osazen jedním jazýčkovým kontaktem a dvěma magnety které se otáčí nad kontaktem, tak že na jednu otáčku 360° jsou na výstupu dva impulsy. Při otáčení lopatek umístěných na těle anenometru jsou na výstupu pulsy o určité hodnotě frekvence která je pak přepočítána programem na hodnotu m/s a km/hod. Při připojení výstupu z anenometru na vstup ARDUINA je nutné tento vstup blokovat paralelním zapojením rezistoru a kondenzátoru připojeným na záporné napájecí napětí tak jak je nakresleno na Obr.č.02A nebo Obr.č.02B. Pokud by se vstup ARDUINA připojil přímo k výstupu anenometru tak by se načítali hodně, hodně nepřesné a nepoužitelné hodnoty.
PROGRAM PRO
ARDUINO
Program má název METEOSTANICE.INO jde o velice, velice jednoduchý program napsaný přímo pro toto zapojení, bez jakékoliv úpravy jde použít i pro bezdrátový přenos s BLUETOOTH nebo pro sériovou komunikaci pomocí převodníku USB/COM s CH340. Pro bezdrátovou komunikaci buď s tabletem nebo chytrým telefonem je nutné mít v uvedených zařízeních nainstalovanou aplikaci pro sériovou komunikaci. V aplikaci je nutné vypnout odřádkování CR a CF tak aby se načtené hodnoty ze senzorů zobrazovali správně na monitoru. Program pro ARDUINO využívá dvou knihoven jednu pro senzor DHT22 a druhou pro sériovou komunikaci.
Obr.č.04 kopie obrazovky programu pro výpočet rychlosti větru z frekvence
PROGRAM PRO
POČÍTAČ
Programy jsou dva program pro komunikaci má název TERMINÁL.EXE v adresáři je současně uložen i soubor DLL který musí být vždy uložený ve stejném adresáři jako je soubor TERMINÁL.EXE je zde i soubor s popisem k uvedenému programu v PDF. Druhý program má název VÝPOČET RYCHLOSTI VĚTRU.EXE který můžeme použít pro kontrolu výpočtu rychlosti větru. Pro načítání frekvence ze senzoru rychlosti větru je nutné si do ARDUINA nahrát program pro měření frekvence který je také umístěný v [1], při používání programů terminál.exe nebo na měření frekvence je nutné nezapomenout mít shodně nastavenou komunikační rychlost v programech jako je zadaná v ARDUINO programech a stejný sériový port.
Ukázka zápisu dat z testování programu meteostanice.ino v programu terminál.exe
ČAS ZÁPISU
:17:21:09
ZÁPIS TEXT :
ČTENÍ TEXT :
SEVER
SEVERO-VYCHOD
VYCHOD
JIHO-VYCHOD
JIH
JIHO-ZAPAD
ZAPAD
SEVERO-ZAPAD
ČAS ZÁPISU
:16:43:30
ZÁPIS TEXT :
ČTENÍ TEXT :
Teplota: 21.60 st
Celsia, vlhkost: 36.30% RH.
bezvetri
Teplota: 21.50 st
Celsia, vlhkost: 36.30% RH.
bezvetri
Teplota: 21.60 st
Celsia, vlhkost: 36.40% RH.
frekvence : 3.16
Hz
Rychlost v m/s :
1.58
Rychlost v km/hod
: 5.69
Teplota: 21.50 st
Celsia, vlhkost: 36.30% RH.
bezvetri
Teplota: 21.60 st
Celsia, vlhkost: 36.30% RH.
frekvence : 8.21
Hz
Rychlost v m/s :
4.10
Rychlost v km/hod
: 14.77
Teplota: 21.60 st
Celsia, vlhkost: 36.30% RH.
SMER: VYCHOD
frekvence : 2.71
Hz
Rychlost v m/s :
1.35
Rychlost v km/hod
: 4.87
Teplota: 21.60 st
Celsia, vlhkost: 36.30% RH.
frekvence : 1.67
Hz
Rychlost v m/s :
0.83
Rychlost v km/hod
: 3.00
Teplota: 21.60 st
Celsia, vlhkost: 36.30% RH.
bezvetri
testování programu na univerzální destičce se senzorem DHT22(AM2302)
testování programu rychlost větru a směr větru
Použité prameny :
KTE červen 1996 ročník IV „ukazatel směru větru“
A Rádio konstrukční elektronika 6/98
[1] www.mojeelektronika.mzf.cz články : KLIMA, STANICE,
MĚŘENÍ RYCHLOSTI VĚTRU S PICAXE 08M2
MĚŘENÍ RYCHLOSTI A SMĚRU VĚTRU S PICAXE
MĚŘENÍ RYCHLOSTI A SMĚRU VĚTRU S PICAXE A CD4021
INTERNET:
DOKUMENTACE K SENZORU DHT22(AM2302)
DOKUMENTACE K SENZORU WH-SP-WD směr větru
DOKUMENTACE K SENZORU WH-SP-WS01 rychlost větru
Bližší informace :